Analytische methodologie voor de gecombineerde meting van de stabiele koolstofisotoopverhoudingen en de concentraties van polyaromatische koolwaterstoffen in atmosferische aerosolen

Datum: 20 oktober 2014

Locatie: UAntwerpen - Campus Groenenborger - Lokaal V0.08 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen

Tijdstip: 15.30 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Chemie

Promovendus: Anna Buczynska

Promotor: Karolien De Wael & René Van Grieken

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Anna Buczynska - Departement Chemie



Abstract

Polycyclische organische koolwaterstoffen (PAK's) vormen een belangrijke klasse van milieuverontreinigende stoffen vanwege hun hoge toxiciteit en hun persistentie in het milieu. Zij worden gevonden in zowel de gas- als deeltjesfase van de atmosfeer, in water, bodem, sedimenten en organismen. Het wetenschappelijk onderzoek erover is niet alleen gericht op de bepaling van de concentratie en het lot van PAK's in het milieu, maar ook op de identificatie van de bronnen ervan, om preventieve maatregelen te nemen en besmettingen te vermijden. Gewoonlijk wordt de moleculaire verdeling van de PAK’s gebruikt voor de identificatie van de bronnen, maar deze stoffen ondergaan in het milieu verschillende wijzigingen, in processen zoals verdamping, foto-oxidatie, uitloging of bacteriële afbraak; zowel de concentratie als de verdelingspatronen veranderen dus na de lozing. In veel gevallen zal de kennis van de concentraties niet volstaan voor de identificatie van bronnen. Daarom is het nodig te zoeken naar andere “vingerafdrukken”, die meer robuust zijn dan de concentratiepatronen en meer bestand tegen veranderingen in het milieu. Stabiele isotopenverhoudingen, die niet afhankelijk zijn van de concentraties, kunnen zo een nuttige vingerafdruk geven. Vooralsnog hebben zeer weinig studies stabiele isotopenanalyse gebruikt om PAK bronnen voor atmosferische aërosolen te bepalen. PAK’s komen in atmosferische aërosolen voor in relatief lage hoeveelheden, en dit kan de toepasbaarheid van stabiele isotopenanalyses beperken voor dit specifieke type monster. Om deze beperking te overwinnen en de gevoeligheid van de analyse te verhogen, hebben we een benadering met injectie van grote volumes geoptimaliseerd. Deze injectietechniek verbetert aanzienlijk de detectielimiet en is vooral handig voor monsters met een lage concentratie van verontreinigende stoffen of wanneer de hoeveelheid staal beperkt is; dit is het in het geval voor atmosferische aërosolen. Met behulp van onze geoptimaliseerde methode kunnen de verhoudingen van stabiele koolstof-isotopen betrouwbaar worden bepaald in monsters met concentraties van PAK's tot 0,05-0,10 ng per µL. Hoewel voorconcentratie technieken, zoals de hier geoptimaliseerde injectie van grote volumes, vrij goed bekend zijn voor concentratiemetingen, werden ze voor combinatie met GC-C-IRMS zelden vermeld in de literatuur. Vervolgens hebben we de clean-up geoptimaliseerd voor de analyse van stabiele koolstof-isotopenverhoudingen voor PAK’s in aërosolen, door middel van vastefase-extractie patronen. Verschillende adsorbentia die commercieel beschikbaar zijn voor de monsterzuivering werden vergeleken. In termen van selectiviteit en reproduceerbaarheid werden de beste resultaten voor de cleanup van 24-uren aërosolmonsters verkregen met geactiveerde silica-gel kolommen. De geoptimaliseerde methode werd vervolgens gevalideerd met een Standard Referentie Materiaal (SRM) van fijn stof gecertificeerd voor concentratie van PAK's en getest op isotopenfractionatie artefacten. De procedure werd toegepast voor fijn stof monsters verzameld op drie verschillende locaties in Belgiëd. Statistisch significante verschillen in koolstof-isotopen verhoudingen van PAK’s werden opgemerkt tussen de locatie in Borgerhout en die in Zelzate of Gent; dit bevestigt de verschillen in de distributie en diagnostische verhoudingen die gevonden werden tijdens de concentratie-analyses en de identificatie van de PAK bronnen op deze locaties. De resultaten lijken daarom veelbelovend voor het gebruik van δ13C van PAK's als bijkomende informatie voor hun bron identificatie.